申请/专利权人：天津大学

申请日：2018-04-30

公开（公告）日：2024-07-05

公开（公告）号：CN108457235B

主分类号：E02B1/00

分类号：E02B1/00;E02B15/08;A01M21/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.07.05#授权;2018.12.14#著录事项变更;2018.09.21#实质审查的生效;2018.08.28#公开

摘要：一种水温分层水库水华快速输移处置装置，包括，浮在水面上用于遮光的矩形遮光组件，固定在所述矩形遮光组件底部且位于矩形遮光组件水流流出一侧的用于阻断藻类输移路线的拦藻装置，以及固定在所述矩形遮光组件底部中部的用于通过加快水流速度而加速藻类输移的水流加速装置。所述的矩形遮光组件是由若干个遮光浮袋组成的矩形阵列，每相邻的两个遮光浮袋之间是通过能够拆卸的浮袋连接锁环相连接。本发明加速藻类随水流运动的逆时针顺时针输移，达到抑制藻类生长，降低水华暴发程度的目的。本发明施工容易，造价低廉，易于回收。

主权项：1.一种水温分层水库水华快速输移处置装置，其特征在于，包括，浮在水面上用于遮光的矩形遮光组件（1），固定在所述矩形遮光组件（1）底部且位于矩形遮光组件（1）水流流出一侧的用于阻断藻类输移路线的拦藻装置（2），以及固定在所述矩形遮光组件（1）底部中部的用于通过加快水流速度而加速藻类输移的水流加速装置（3）；所述的矩形遮光组件（1）是由若干个遮光浮袋（1.1）组成的矩形阵列，每相邻的两个遮光浮袋（1.1）之间是通过能够拆卸的浮袋连接锁环（1.2）相连接；所述的矩形阵列包括沿河的长度方向每行设置的5~10个遮光浮袋（1.1），沿河的宽度方向每列设置的4~6个遮光浮袋（1.1）；每个所述的遮光浮袋（1.1）是由长和宽都为45～55m的正方形的充气橡胶袋构成，每个遮光浮袋（1.1）的四个边的中部都通过金属垫片（1.3）设置有用于与浮袋连接锁环（1.2）相连接的固定环（1.4）；所述的拦藻装置（2）包括有拦藻幕布（2.1），所述拦藻幕布（2.1）的上侧边固定连接在矩形遮光组件（1）首端的两列遮光浮袋（1.1）或尾端的两列遮光浮袋（1.1）之间的浮袋连接锁环（1.2）上，所述拦藻幕布（2.1）的下侧边通过幕布牵引绳（2.2）连接幕布固定锚（2.3），所述的幕布固定锚（2.3）垂直固定在作业河段的河床（4）上；所述的水流加速装置（3）包括有固定钢架（3.1）和固定设置在所述固定钢架（3.1）上的若干个加速螺旋桨（3.2），其中，所述固定钢架（3.1）的上端通过一体形成在固定钢架（3.1）上的连接杆（3.3）连接在所对应的矩形遮光组件（1）中遮光浮袋（1.1）的固定环（1.4）上，所述固定钢架（3.1）的下端通过钢架牵引绳（3.4）连接钢架固定锚（3.5），所述的钢架固定锚（3.5）垂直固定在作业河段的河床（4）上，所述的固定钢架（3.1）为矩形网架结构，包括有通过支撑杆（3.11）一体连接的上层网架（3.12）和下层网架（3.13），所述的上层网架（3.12）和下层网架（3.13）上分别以等间距的阵列方式设置有若干个加速螺旋桨（3.2），其中，每层阵列中沿河的长度方向设置3个以上加速螺旋桨（3.2），沿河的宽度方向设置3个加速螺旋桨（3.2），并且上层网架（3.12）上的加速螺旋桨（3.2）与下层网架（3.13）上的加速螺旋桨（3.2）方向相反设置。

全文数据：水温分层水库水华快速输移处置装置技术领域[0001]本发明涉及一种水工、水环境结构物。特别是涉及一种基于水温分层水库，加速水华灭亡、减缓水华暴发程度的水温分层水库水华快速输移处置装置。背景技术[0002]中国水电事业的发展已取得举世瞩目的成绩，但大规模的水资源开发是把双刃剑。建坝蓄水改变了天然河流的水文径流、物理化学、地质地貌和生物过程，在生态环境方面造成诸多不利影响及隐患。以举世闻名的三峡水库为例，其近坝支流水华频发，已成为三峡水库最主要的环境问题之一，受到全社会的广泛关注。三峡水库的近坝支流水华频发问题，是在2003年蓄水运行以后日益突显的。据长江三峡工程生态与环境监测公报显示:库区回水区水体处于富营养状态的断面比例高达50%以上，香溪河、大宁河、叱溪河、童庄河、草堂河、等主要支流回水区每年均有水华暴发，严重时一年可暴发20余起。水华暴发时，河水呈深绿色或褐色，散发恶臭，藻类绵延数公里甚至十几公里；沿河数万居民被禁止饮用河水、禁食河中鱼类，影响极其恶劣。我国正在建设的大型水库群数量多、速度快，三峡水库面临的水华频发问题，也是未来众多水库群需要面对的问题。因此，如何削弱建坝给生态环境带来的不利影响，缓解或解决三峡库区水华频发的问题，是国内外水利、环保等领域的专家学者力求攻克的重要课题。[0003]三峡库区近坝支流水华频发的主要原因之一，是原天然河流水动力特性丧失。调蓄水库蓄水运行大幅度增加了库区水深和过流面积，使得水流减缓，特别是近坝支流回水区，库水位顶托导致区域内水体流动及其掺混强度急剧降低，库湾等局部范围甚至出现水体停滞现象。因此众多学者提出：在水库蓄水运行的既定状态下，通过水动力调控方法，能够有效提高近坝支流水质，进而达到抑制水华暴发的目的。根据当前国内外研宄成果:三峡水库水动力特性和水华暴发特征可以总结为以下几点:第一，三峡水库为水温分层水库，水华暴发时干支流水温分层均十分显著;第二，干支流之间水体通过冷热水体频繁交换，在水华频发季节，支流水温分层特征主要为千流来流水温较高从上层潜入支流，支流上游来流水温较低从下层汇入干流，支流总体水流形成一个逆时针的运动过程;第三，支流水体上层生长的藻类随表层流由下游向上游输移，飘至上游分层流交汇处，被上游来流水体逆时针卷入深水，由于水温降低和接收不到光照而逐渐死亡。基于此，针对与三峡水库水动力特征类似的水温分层水库，本专利拟利用藻类随分层流输移的特点，发明一套快速输移处置装置，以有效降低其水华暴发程度。发明内容[0004]本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够有效降低其水华暴发程度的水温分层水库水华快速输移处置装置。[0005]本发明所采用的技术方案是:一种水温分层水库水华快速输移处置装置，包括，浮在水面上用于遮光的矩形遮光组件，固定在所述矩形遮光组件底部且位于矩形遮光组件水流流出一侧的用于阻断藻类输移路线的拦藻装置，以及固定在所述矩形遮光组件底部中邰的用于通过加快水流速度而加速藻类输移的水流加速装置。[0006]所述的矩形遮光组件是由若干个遮光浮袋组成的矩形阵列，每相邻的两个遮光浮袋之间是通过能够拆卸的浮袋连接锁环相连接。[0007]所述的矩形阵列包括沿河的长度方向每行设置的5〜10个遮光浮袋，沿河的宽度方向每列设置的4〜6个遮光浮袋。[0008]每个所述的遮光浮袋是由长和宽都为45〜55m的正方形的充气橡胶袋构成，每个遮光浮袋的四个边的中部都通过金属垫片设置有用于与浮袋连接锁环相连接的固定环。[0009]所述的浮袋连接锁环为8字形结构，构成所述8字形结构的2个圆上均形成有能够钩挂所述遮光浮袋上的固定环的开口，所述的开口通过一个活动杆封闭，所述活动杆的一端铰接在所述开口的一端，所述活动杆的另一端通过能够开闭的卡扣连接在所述开口的另一端。[0010]所述的拦藻装置包括有拦藻幕布，所述拦藻幕布的上侧边固定连接在矩形遮光组件首端的两列遮光浮袋或尾端的两列遮光浮袋之间的浮袋连接锁环上，所述拦藻幕布的下侧边通过幕布牵引绳连接幕布固定锚，所述的幕布固定锚垂直固定在作业河段的河床上。[0011]所述的拦藻幕布垂向长度为河宽的一半，横向宽度与遮光浮袋同宽，宽度为ISO〜330m。[0012]所述的水流加速装置包括有固定钢架和固定设置在所述固定钢架上的若干个加速螺旋桨，其中，所述固定钢架的上端通过一体形成在固定钢架上的连接杆连接在所对应的矩形遮光组件中遮光浮袋的固定环上，所述固定钢架的下端通过钢架牵引绳连接钢架固定锚，所述的钢架固定锚垂直固定在作业河段的河床上。[0013]所述的固定钢架为矩形网架结构，包括有通过支撑杆一体连接的上层网架和下层网架，所述的上层网架和下层网架上分别以等间距的阵列方式设置有若千个加速螺旋桨，其中，每层阵列中沿河的长度方向设置3个以上加速螺旋桨，沿河的宽度方向设置3个加速螺旋桨，并且上层网架上的加速螺旋桨与下层网架上的加速螺旋桨方向相反设置。[0014]所述连接杆的上端是通过钢架连接锁环与所述的遮光浮袋的固定环相连，所述的钢架连接锁环包括有:U形锁环主体，分别一体形成在所述U形锁环主体两个端部的向外侧凸出的用于钩挂所述固定环的钩环，所述钩环的端部铰接连接用于封闭所述钩环开口处的铰接杆的一端，所述铰接杆的另一端通过能够开闭的卡扣连接在所述U形锁环主体上。[0015]本发明的水温分层水库水华快速输移处置装置，针对狭长型的水温分层水库，利用水体垂向上的分层流动特性，以及利用藻类随分层流输移的特点，加速藻类随水流运动的逆时针顺时针输移，达到抑制藻类生长，降低水华暴发程度的目的。本发明的装置以藻类生长机理和水温分层水库水动力特征为理论基础，融合了藻类遮光、拦蓄，垂向掺混的功能，每个装置实现一项功能，各装置之间可拆卸组装，总装置规模可根据实际发生水华河段的长度和范围灵活调节;遮光浮袋和拦藻幕布均可现场置备，作业完成后回收便捷且占用空间较小，可运输至其他工程重复使用•，总体来说，施工容易，造价低廉，易于回收，具有显著的实际运用前景。附图说明[0016]图1是本发明一种水温分层水库水华快速输移处置装置沿河床长度的整体结构示意图；[0017]图2是图1的右侧示意图；[0018]图3是本发明中矩形遮光组件的整体结构示意图；[0019]图4是本发明中遮光浮袋的结构示意图；[0020]图5是本发明中浮袋连接锁环的结构示意图；[0021]图6是本发明中钢架连接锁环的结构示意图；[0022]图7是本发明中水流加速装置的俯视结构示意图；[0023]图8是图7的仰视结构示意图；[0024]图9是本发明中加速螺旋桨的结构示意图。[0025]1:矩形遮光组件1.1:遮光浮袋[0026]1.2:浮袋连接锁环1.21:活动杆[0027]1.3:金属垫片1.4:固定环[0028]2:拦藻装置2.1:拦藻幕布[0029]2.2:幕布牵引绳2.3:幕布固定锚[0030]3:水流加速装置3.1:固定钢架[0031]3.11:支撑杆3.12:上层网架[0032]3.13:下层网架3.2:加速螺旋桨[0033]3.3:连接杆3.4:钢架牵引绳[0034]3.5:钢架固定锚3.6:钢架连接锁环[0035]3.61:U形锁环主体3.62:钩环[0036]3.63:铰接杆4:河床具体实施方式[0037]下面结合实施例和附图对本发明的一种水温分层水库水华快速输移处置装置做出详细说明。[0038]如图1所示，本发明的一种水温分层水库水华快速输移处置装置，包括，浮在水面上用于遮光的矩形遮光组件1，固定在所述矩形遮光组件1底部且位于矩形遮光组件1水流流出一侧的用于阻断藻类输移路线的拦藻装置2,以及固定在所述矩形遮光组件1底部中部的用于通过加快水流速度而加速藻类输移的水流加速装置3。[0039]本发明的一种水温分层水库水华快速输移处置装置的设置有方向要求，如分层流方向为上层自右向左流动，下层自左向右流动，则按照图1所示拦藻装置2设置在左侧，水流加速装置设置在拦藻装置2的右侧;如分层流方向相反，则相反布置。施工作业河段规模最佳为:河宽不超过400m，河深不超过100m的河段，所得水华处置效果较好。[0040]如图2、图3、图4所示，所述的矩形遮光组件1用于起到遮光和悬吊拦藻装置2、水流加速装置3的作用。所述的矩形遮光组件1是由若千个遮光浮袋1.1组成的矩形阵列，每相邻的两个遮光浮袋1.1之间是通过能够拆卸的浮袋连接锁环1.2相连接。所述的矩形阵列包括沿河的长度方向每行设置的5〜10个遮光浮袋1.1，沿河的宽度方向每列设置的4〜6个遮光浮袋1•1。所述的每个遮光浮袋1.1是由长和宽都为45〜55m的正方形的充气橡胶袋构成，且为黑色。每个遮光浮袋（1.1的四个边的中部都通过金属垫片1.3设置有用于与浮袋连接锁环1.2相连接的固定环1.4。遮光浮袋1•1颜色设计为黑色的目的是避光，设计为可充气橡胶袋的目的是施工简单，工作时可将浮袋运输至处置河段，现场充气即可，不工作时浮袋可排气收起，运输到其他河段使用或储存，运输方便。设计为多个的目的是简化浮袋加工工艺，便于现场搭接组装，且可预留多个悬吊水流加速装置3的接口。[0041]如图5所示，所述的浮袋连接锁环1.2为8字形结构，构成所述8字形结构的2个圆上均形成有能够钩挂所述遮光浮袋1.1上的固定环1.4的开口，所述的开口通过一个活动杆1.21封闭，所述活动杆1•21的一端铰接在所述开口的一端，所述活动杆1•21的另一端通过能够开闭的卡扣连接在所述开口的另一端。当使用所述的浮袋连接锁环1•2将两个遮光浮袋1.1进行连接时，首先将活动杆1•21卡扣端打开，使浮袋连接锁环1.2上的两个具有开口的圆分别钩住两个遮光浮袋I.1上的固定环L4，然后再将活动杆1•21通过卡扣固定在开口圆上，使浮袋连接锁环1.2与所述的遮光浮袋1•1上的固定环1.4连接上。[0042]所述的拦藻装置2是利用柔性幕布达到阻断藻类输移路线的目的。拦藻装置2包括有拦藻幕布2.1，所述拦藻幕布2.1的上侧边固定连接在矩形遮光组件1首端的两列遮光浮袋1.1或尾端的两列遮光浮袋1•1之间的浮袋连接锁环1•2上，所述拦藻幕布2•1的下侧边通过幕布牵引绳2.2连接幕布固定锚2•3，所述的幕布固定锚2•3垂直固定在作业河段的河床4上。所述的拦藻幕布2.1垂向长度为河宽的一半，横向宽度与遮光浮袋同宽，宽度为180〜330m。[0043]如图1、图2所示，所述的水流加速装置3包括有固定钢架3.1和固定设置在所述固定钢架3.1上的若干个加速螺旋桨3•2，其中，所述固定钢架3•1的上端通过一体成型在固定钢架3.1上的连接杆3.3连接在所对应的矩形遮光组件1中遮光浮袋1.1的固定环1.4上，所述固定钢架3.1的下端通过钢架牵引绳3.4连接钢架固定锚3.5,所述的钢架固定锚3.5垂直固定在作业河段的河床4上。[0044]如图6所示，所述连接杆3.3的上端是通过钢架连接锁环3.6与所述的遮光浮袋1.1的固定环1.4相连，所述的钢架连接锁环3•6包括有:U形锁环主体3.61，分别一体形成在所述U形锁环主体3.61两个端部的向外侧凸出的用于钩挂所述固定环1.4的钩环3•62，所述钩环3.62的端部铰接连接用于封闭所述钩环3.62开口处的铰接杆3.63的一端，所述铰接杆3.63的另一端通过能够开闭的卡扣连接在所述所述U形锁环主体3.61上。[0045]如图7、图8所示，所述的固定钢架3.1为矩形网架结构，包括有通过支撑杆3.11—体连接的上层网架3.12和下层网架3.13,所述的上层网架3_12和下层网架3.13上分别以等间距的阵列方式设置有若干个加速螺旋桨3.2，其中，每层阵列中沿河的长度方向设置3个以上加速螺旋桨3.2,沿河的宽度方向设置3个加速螺旋桨3.2,并且上层网架3.12上的加速螺旋桨3.2与下层网架3.13上的加速螺旋桨3_2方向相反设置。[0046]水流加速装置3是通过上下两排固定螺旋桨3•2，分别加速不同方向的分层流运动，以达到加快水流逆时针顺时针运动速度，进而加速藻类逆时针顺时针输移，待藻类输移至拦藻幕布2.1后，被拦藻幕布2•1拦截并顺拦藻幕布2•1向下输移，进而被水流带至下层水体，由于接收不到充足光照而逐渐死亡。水流加速装置3主要借助遮光浮袋1•1的浮力承重，悬挂在遮光浮袋1.1上。固定钢架3•1上悬挂上下两排相反方向的同等数量加速螺旋桨3•2;加速螺旋桨3.2可选用直径较大、桨叶数目较少的船用螺旋桨，所述的加速螺旋桨3.2需通过导线连接电机以驱动其旋转。[0047]下面给出一个具体实例：[0048]实例：水温分层水库某河段，河宽300m，水深6〇m;某季节刚刚暴发蓝藻水华，覆盖河长约为lkm;该河段左侧为上游侧，右侧为下游侧，上层水体流速方向为自右向左，下层水体流速方向为自左向右。[0049]根据实施例水华暴发河段的基本规模，设置水华快速输移处置装置的尺寸为35〇mX250mX45m长X宽X高），基本形式为遮光装置浮于水面，拦藻装置悬挂于左侧，水流加速装置悬挂于右侧见图1;装置布置在水华暴发河段上游侧，保证拦藻装置上游侧超出水华覆盖范围，同时水流加速装置处于水华覆盖范围。具体细部装置尺寸和施工过程为：[0050]1矩形遮光组件:遮光浮袋1.1尺寸定制为50mX50m，运输至作业现场进行充气，并用浮袋连接锁环1.2进行连接，顺河向布置成7X5矩阵见图3。[0051]2将拦藻幕布2.1现场展开，幕布垂向长30m，宽275m，上端悬挂于遮光装置上游侧，下端通过幕布牵引绳2.2在左中右共连接三个较大重量的幕布固定锚2•3，垂直固定在作业河段。[0052]3水流加速装置悬挂于矩形遮光组件的下游侧，固定钢架3.1尺寸略小于矩形遮光组件，长200m，宽180m。固定钢架3.1中间悬挂上下两排加速螺旋桨3.2，每排顺河向布置4个，横向布置3个，上下两排共计24个;加速螺旋桨选用四桨叶、直径为l〇m的船用螺旋桨见图9，等间距悬挂在固定钢架上，上排加速螺旋桨轴心位于水面下6tn，水流加速方向为自右向左，下排加速螺旋桨位于水面下40m，水流加速方向为自左向右，慢速旋转。固定钢架下端通过钢架牵引绳3.4和顺河向3X3共9个钢架固定锚3.5固定在河道上。装置组装完毕后，启动加速螺旋桨开始作业，随着表层水体自右向左的流动，超出作业范围内的藻类将逐渐输移至作业河段，该河段内的藻类输移速度将被加速，并于拦藻幕布处逆时针卷入下层水体，进入作业区的藻类便不再能够接受到充足光照，且卷入下层水体的藻类将继续水平输移，很难再次进入表层水体，因此作业区的藻类将逐渐死亡，由此水华暴发范围和程度均得到控制，刚刚暴发的水华便被抑制住了。

权利要求：1.一种水温分层水库水华快速输移处置装置，其特征在于，包括，浮在水面上用于遮光的矩形遮光组件（1，固定在所述矩形遮光组件（1底部且位于矩形遮光组件（1水流流出一侧的用于阻断藻类输移路线的拦藻装置2，以及固定在所述矩形遮光组件（1底部中部的用于通过加快水流速度而加速藻类输移的水流加速装置3。2.根据权利要求1所述的一种水温分层水库水华快速输移处置装置，其特征在于，所述的矩形遮光组件（1是由若干个遮光浮袋（1.1组成的矩形阵列，每相邻的两个遮光浮袋1.1之间是通过能够拆卸的浮袋连接锁环1.2相连接。3.根据权利要求2所述的一种水温分层水库水华快速输移处置装置，其特征在于，所述的矩形阵列包括沿河的长度方向每行设置的5〜10个遮光浮袋（1.1，沿河的宽度方向每列设置的4〜6个遮光浮袋1.1。4.根据权利要求2或3所述的一种水温分层水库水华快速输移处置装置，其特征在于，每个所述的遮光浮袋1•1是由长和宽都为45〜55m的正方形的充气橡胶袋构成，每个遮光浮袋1.1的四个边的中部都通过金属垫片（1.3设置有用于与浮袋连接锁环（1.2相连接的固定环1.4。5.根据权利要求2或4所述的一种水温分层水库水华快速输移处置装置，其特征在于，所述的浮袋连接锁环1.2为8字形结构，构成所述8字形结构的2个圆上均形成有能够钩挂所述遮光浮袋（1.1上的固定环（1.4的开口，所述的开口通过一个活动杆（1.21封闭，所述活动杆1.21的一端铰接在所述开口的一端，所述活动杆1.21的另一端通过能够开闭的卡扣连接在所述开口的另一端。6.根据权利要求1所述的一种水温分层水库水华快速输移处置装置，其特征在于，所述的拦藻装置2包括有拦藻幕布2.1，所述拦藻幕布2.1的上侧边固定连接在矩形遮光组件（1首端的两列遮光浮袋（1.1或尾端的两列遮光浮袋（1.1之间的浮袋连接锁环1.2上，所述拦藻幕布2.1的下侧边通过幕布牵引绳2.2连接幕布固定锚2.3，所述的幕布固定锚2.3垂直固定在作业河段的河床⑷上。7.根据权利要求6所述的一种水温分层水库水华快速输移处置装置，其特征在于，所述的拦藻幕布2•1垂向长度为河宽的一半，横向宽度与遮光浮袋同宽，宽度为180〜330m。8.根据权利要求1所述的一种水温分层水库水华快速输移处置装置，其特征在于，所述的水流加速装置3包括有固定钢架3.1和固定设置在所述固定钢架3.1上的若干个加速螺旋桨3.2，其中，所述固定钢架3.1的上端通过一体形成在固定钢架3.1上的连接杆3.3连接在所对应的矩形遮光组件（1中遮光浮袋（1.1的固定环（1.4上，所述固定钢架3.1的下端通过钢架牵引绳3.4连接钢架固定锚3.5，所述的钢架固定锚3.5垂直固定在作业河段的河床⑷上。9.根据权利要求7所述的一种水温分层水库水华快速输移处置装置，其特征在于，所述的固定钢架3.1为矩形网架结构，包括有通过支撑杆3.11—体连接的上层网架3.12和下层网架3.13，所述的上层网架3.12和下层网架3.13上分别以等间距的阵列方式设置有若干个加速螺旋桨3.2，其中，每层阵列中沿河的长度方向设置3个以上加速螺旋桨3.2，沿河的宽度方向设置3个加速螺旋桨3.2，并且上层网架3.12上的加速螺旋桨3.2与下层网架3.13上的加速螺旋桨3.2方向相反设置。10.根据权利要求8所述的一种水温分层水库水华快速输移处置装置，其特征在于，所述连接杆3•3的上栖疋通过钢架连接锁环（3.6与所述的遮光浮袋q•d的固定环d•幻相连，所述的钢架连接锁环3.6包括有:U形锁环主体3.61，分别一体形成在所述U形锁环主体3.61两个端部的向外侧凸出的用于钩挂所述固定环（I.4的钩环3.62^，所述，环3.62的端部铰接连接用于封闭所述钩环3.62开口处的铰接杆3.63的1,所述奴接杆3•63的另-端通过能够开闭的卡扣连接在所述U形锁环主体3•61上。

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